膠輪導(dǎo)軌電車輔助控制單元的研制

高錦慧

（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司， 陜西 西安 710016）

引言

膠輪導(dǎo)軌電車是一種新型的交通工具，車輛使用橡膠輪胎，其軌道嵌入地面，槽內(nèi)鑲有高科技膠墊，車輪在高速行駛時(shí)震動小、無噪音，且對路面損壞程度低。基礎(chǔ)設(shè)施簡單，可充分利用一般城市道路，節(jié)省投資。膠輪導(dǎo)軌電車作為中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)，填補(bǔ)了公共汽車與地鐵運(yùn)量間的空白，特別適合用作中小城市的干線交通和大城市的支線交通，具有快速便捷、安全舒適、節(jié)能環(huán)保、投資節(jié)省、建設(shè)周期短、契合城市道路布局、與城市環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等方面的顯著優(yōu)點(diǎn)，是真正的“綠色”交通工具。

1 主電路說明

膠輪導(dǎo)軌電車電系統(tǒng)分為牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩部分，牽引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整車的電力牽引，保證電車運(yùn)行可靠。輔助系統(tǒng)主要為電車提供牽引蓄電池電源、提供輔助電源，提供控制電源，保證空壓機(jī)、冷卻系統(tǒng)、照明、車門、信號、通信等輔助電路正常工作。輔助變流器作為輔助系統(tǒng)的動力部分，為輔助系統(tǒng)提供各種所需電源。包括602 V牽引蓄電池電源、AC400V工頻電源、DC24V低壓控制電源。

膠輪導(dǎo)軌電車輔助變流器主電路主要由三部分組成[1]。第一部分，602 V牽引蓄電池管理電路，實(shí)現(xiàn)對蓄電池的快速充電、均衡充電和浮充充電三種充電功能，實(shí)現(xiàn)充放電邏輯控制與保護(hù)功能；同時(shí)在電車通過無電區(qū)時(shí)為牽引變流器提供動力電源。第二部分，AC400V輔助負(fù)載供電電路，為電車上的輔助負(fù)載如空壓機(jī)等提供三相工頻電源。第三部分，24 V蓄電池充電管理電路，為電車上的24 V蓄電池充電，同時(shí)為電車低壓負(fù)載（如車輛運(yùn)行協(xié)助系統(tǒng)、無線電通訊系統(tǒng)、車內(nèi)照明信息系統(tǒng)、車門、信號設(shè)備等）提供穩(wěn)定的24 V直流控制電源。

2 控制單元的設(shè)計(jì)

輔助控制單元通過對輔助功率開關(guān)器件的控制，實(shí)現(xiàn)母線電壓到輸出電壓的轉(zhuǎn)換，并使輸出電壓滿足負(fù)載需求[2-3]。

2.1 輔助控制單元主要實(shí)現(xiàn)功能

1）牽引蓄電池充電控制：采用三階段充電法，即恒流充電、恒壓充電和懸浮充電。

2）400 V三相交流逆變控制：采用三相四線制接線，通過適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)制方法，不但能夠滿足車上三相負(fù)載的供電要求，而且能有效抑制三相不平衡情況的發(fā)生。

3）24 V輸出控制：既要滿足車上對24 V電源的要求，又要滿足同時(shí)對24 V蓄電池充電的能力。

4）負(fù)載管理控制：在不同工況下進(jìn)行合理的負(fù)載管理控制。

5）邏輯控制及保護(hù)功能。

6）故障記錄功能。

7）網(wǎng)絡(luò)通信功能。

8）程序在線升級、故障下載功能。

2.2 硬件設(shè)計(jì)說明

1）輔助控制單元采用可插拔的結(jié)構(gòu)方式，控制機(jī)箱為4U（3U板卡+1U風(fēng)扇）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，由各功能插件板和風(fēng)扇組成。母板安裝在機(jī)箱內(nèi)部后端，用于各功能插件板間的電氣連接，母板上的電連接器與母板采用過盈配合的方式壓接而成，提高功能插件板與母板連接的電氣可靠性。各功能插件板由對應(yīng)面板和標(biāo)準(zhǔn)3U功能電路板組成，插件板采用易插拔連接技術(shù)，面板安裝自鎖拉手，易于插拔，各功能插件板與母板接口的連接器有防插錯部件，可防止插件板板位插錯。控制單元底部1U空間用來安裝風(fēng)扇，保證輔助控制單元工作時(shí)的散熱需求。

2）輔助控制單元采用前出線方式，對外連接器采用HARTING公司的F48連接器和DB連接器。輔助控制單元通過面板兩側(cè)安裝孔與變流器框架緊固連接，便于維護(hù)。

2.3 板卡功能及接口說明

1）電源板1：將24 V輔助電源經(jīng)過DC/DC隔離變換，為輔助控制單元提供+1.2 V、+1.9 V、+3.3 V、+5V、±15 V工作電源；為傳感器提供±15 V工作電源。電源板2：將24 V輔助電源經(jīng)過DC/DC變換，為功率模塊提供24 V隔離電源。

2）脈沖板：10路差分驅(qū)動脈沖輸出和5路橋臂電平故障反饋信號。脈沖板1：實(shí)現(xiàn)AC400V三相逆變器驅(qū)動控制及反饋保護(hù)。脈沖板2：其中4路差分驅(qū)動信號用于DC24V輔助電源驅(qū)動控制，另外4路差分驅(qū)動信號用于DC602V牽引蓄電池驅(qū)動控制及反饋保護(hù)。

3）數(shù)字量板：16路數(shù)字量輸入，8路干節(jié)點(diǎn)輸出。數(shù)字量板1：用于DC24V輔助電源電路和DC602V牽引蓄電池電路的接觸器控制、接觸器狀態(tài)監(jiān)測及溫度保護(hù)等。數(shù)字量板2：用于AC400V三相逆變器電路的接觸器控制、接觸器狀態(tài)監(jiān)測及溫度保護(hù)等。

4）模擬量板：8路電壓/電流采樣通道，1路溫度（PT100）采樣通道。模擬量板1：用于采集DC24V輔助電源電路傳感器參數(shù)。模擬量板2：用于采集AC400V三相逆變器電路傳感器參數(shù)。模擬量板3：用于采集DC602V牽引蓄電池電路傳感器參數(shù)。

5）主控板：采用DSP+FPGA方式（TMS320F283 35），實(shí)現(xiàn)全橋逆變和逆變器控制的核心算法；實(shí)現(xiàn)輔助電路的邏輯保護(hù)；通過CAN實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。通過串口實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試、參數(shù)設(shè)置及遠(yuǎn)程燒寫功能，其軟件通過TI公司的DSP軟件開發(fā)平臺CCS軟件進(jìn)行優(yōu)化編譯。

3 結(jié)語

經(jīng)測試輔助控制單元的研制滿足技術(shù)條件及各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。經(jīng)與輔助變流器進(jìn)行聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，輔助控制單元能夠滿足輔助系統(tǒng)控制算法及邏輯保護(hù)功能。